Главная страница
Финансы
Экономика
Биология
Ветеринария
Сельское хозяйство
Медицина
Математика
Начальные классы
Информатика
Вычислительная техника
История
Право
Юриспруденция
Философия
Логика
Этика
Религия
Политология
Социология
Физика
Промышленность
Энергетика
Языки
Языкознание
Культура
Искусство
Автоматика
Связь
Электротехника
Химия
Другое
Воспитательная работа
Дошкольное образование
Экология
Русский язык и литература
Строительство
Классному руководителю
Геология
Физкультура
Доп
образование
Иностранные языки
География
Логопедия
Технология
Школьному психологу
ИЗО, МХК
ОБЖ
Казахский язык и лит
Обществознание
Механика
Музыка
Директору, завучу
Социальному педагогу
Психология

Лабораторная работа. Определение метрологических характеристик бесконтактного кондуктометрического концентратомера типа. Лабораторная работа. Определение метрологических характеристик б. Определение метрологических характеристик бесконтактного кондуктометрического концентратомера типа кнч1М


Скачать 400.5 Kb.
НазваниеОпределение метрологических характеристик бесконтактного кондуктометрического концентратомера типа кнч1М
АнкорЛабораторная работа. Определение метрологических характеристик бесконтактного кондуктометрического концентратомера типа .doc
Дата22.07.2017
Размер400.5 Kb.
Формат файлаdoc
Имя файлаЛабораторная работа. Определение метрологических характеристик б.doc
ТипДокументы
#14251
КатегорияЭкология

Определение метрологических характеристик бесконтактного кондуктометрического концентратомера типа КНЧ-1М.

Расчет схемы термокомпенсации.

Цель лабораторной работы - определить основные метрологические характеристики (градировочную характеристику и основную допускае­мую приведенную погрешность) бесконтактного низкочастотного кондуктометрического концентратомера типа КНЧ-1М и освоить методику расчета схемы термокомпенсации приборов такого типа.
I. Основные положения

Концентратомеры типа КНЧ-IM являются промышленными, автомати­ческими, стационарными приборами и предназначены для измерения концентрации поваренной соли, едкого натра, азотной и серной кис­лот в водном растворе, удельная электрическая проводимость (ЭП) которого имеет однозначную зависимость от концентрации и находит­ся в пределах от I до 100 См/м.

Принцип действия прибора основан на индукционном методе измере­ния сопротивления жидкостного витка, который образуется при погру­жении чувствительного элемента датчика в анализируемый раствор. Измерение производится компенсационным методом.

Принципиальная электрическая схема прибора приведена на рис.1-3.

Электрическая схема датчика (рис.1) содержит два торроидалъных трансформатора: питающий TI и дифференциальный Т2, которые разме­щены в чувствительном элементе датчика.

Обмотка 1 трансформатора TI является питающей, обмотка Х-транс­форматора Т2 - измерительной.

Цепь, состоящая из обмоток II и V, имитирует жидкостной виток и используется при испытаниях прибора.

Цепь, состоящая из обмоток III, VI и резистора R6, предназна­чена для подгонки кривизны температурной зависимости жидкостного витка (Rжв = f(t)) и вводится в схему при настройке основной тем­пературной компенсации в случае, если температурный коэффициент анализируемого раствора намного меньше температурного коэффициен­та терморезистора R7.

Цепь, состоящая из обмоток VI, VII, VIII, XI резисторов RI,...R4, R8 ... R14, терморезистора R7 датчика, а также вторичной обмотке дифференциально-трансформаторной катушки с шунтирующими ее резисторами RI ... R4 регистрирующего прибора (см. рис.2), является цепью основной и температурной компенсации и предназначена для компенсация концентрационных и температурных изменений сопротивления жидкостного витка и используется при на­стройке прибора.

Назначение резисторов в указанных цепях:

1) R8, к R10 - служат для изменения кривизны температур­ной зависимости терморезистора;

2) R1, R2 - для грубой подгонки середины шкалы;

3) R9 - для точной подгонки середины шкалы;

4) R11, R12 - для установки начала и конца шкалы;

5) R13, R14 - для корректировки температурных изменений жидкостного витка при концентрациях, соответствующих концам шка­лы прибора.




Рис.I. Принципиальная электрическая схема концентратомера (датчик и блок питания).



Рис.2 Принципиальная электрическая схема концентратомера (регистрирующий прибор)



Рис.3. Принципиальная электрическая схема концентратомера (регистрирующий прибор)

Цепь, состоящая из обмотки X, конденсатора С датчика (см. рис.1), конденсатора С7 регистрирующего прибора (рис.2), является цепью выходного напряжения датчика.

Конденсатор С служит для настройки контура, образованного ем­костью С и обмоткой X, в режим близкий к резонансу, а также для согласования фазы напряжения разбаланса, поступающего с обмотки X на вход усилителя, с фазой напряжения сети, питающего регистри­рующий прибор.

Электрическая схема блока питания (рис.1) обеспечивает пониже­ние напряжения питающей сети с 220 до 20В и подачу напряжения 20В на питающую обмотку I датчика, а также обеспечивает сдвиг фазы питания датчика с помощью фазосдвигающей цепочки, образован­ной конденсатором С, обмотками II, IV трансформатора питания Т, резисторами R1, R2, R3 блока питания.

Контроль работоспособности прибора осуществляется при установке переключателя ВКЛ - КОНТРОЛЬ, расположенного на лицевой панели блока питания, в положение КОНТРОЛЬ.

Прибор работает следующим образом. При погружении чувствительного элемента датчика в анализируемый раствор с концентрацией, соответствующей значению шкалы прибора, обозначенному знаком " ▼ ", температура которого равна градуировочной, магнитные потоки Ф1, вызванные протеканием тока по жидкостному витку вокруг сердечни­ка дифференциального трансформатора Т2, и Ф2, образованного током, протекающим в обмотке IV, будут компенсированы магнитным потоком Ф3, созданным током разбаланса, протекающим в обмотках VII и VIII цепи основной и температурной компенсации.

В этом случае выходной сигнал с обмотки X равен нулю, плунжер дифференциально- трансформаторной катушки находится в среднем положении, ток в цепи вторичной обмотки катушки также равен нулю и система отработки регистрирующего прибора находится в покое. При этом показания регистрирующего прибора соответствуют значению шкалы, обозначенному знаком " ▼ ".

При изменении ЭП анализируемого раствора изменяется сопротив­ление жидкостного витка, что приводит к изменению магнитного по­тока Ф1.

Появившаяся разность магнитных потоков ∆Ф = (Ф1 + Ф2) - ФЗ создает на обмотке X сигнал, который подается на вход усилителя У регистрирующего прибора (см.рис.3). Этот сигнал усиливается по напряжению и мощности.

Система отработки регистрирующего прибора выходит из состояния покоя, плунжер дифференциально-трансформаторной катушки сме­щается от среднего положения и в цепи основной и температурной компенсации протекает ток, вызывающий магнитный поток, равный по величине и противоположенный по знаку. В результате этого сис­тема отработки регистрирующего прибора вновь приобретает состоя­ние равновесия, а стрелка регистрирующего прибора показывает но­вое значение измеряемой величины.

В случае отклонения температуры анализируемого раствора от градуировочной изменяются как сопротивление жидкостного витка, так и сопротивление терморезистора R 7.

Система температурной компенсации настроена таким образом, что изменение магнитного потока в сердечнике измерительного транс­форматора, вызванное изменением тока жидкостного витка за счет изменения температуры, компенсируется дополнительным магнитным потоком, вызванным изменением тока в цепи основной и температур­ной компенсации при изменении сопротивления терморезистора R7.

Для измерения концентрации анализируемых растворов, темпера­турный коэффициент ЭП которых изменяется по диапазону измерения, в схеме предусмотрена цепь коррекции температурного коэффициента, состоящая из резисторов R13, R14 и обмотки IX. Коррекция осуществляется при настройке прибора путем подбора сопротивления резисторов R13, R14.


Конструкция датчика концентратомера


Общий вид датчика погружного исполнения представлен на рис.4.

Датчик (рис. 4а) состоит из чувствительного элемента I, штанги 2 клеммника 3, кожуха 4, соединительного жгута 5 и переходной коробки 6.

Чувствительные элемент датчика (см. рис. 4б) состоит из корпу­са с крышкой 2, питающего 3 и дифференциального 4 торроидальных, трансформаторов. Оба торридальных трансформатора помещены в экраны 5.

Внешняя поверхность корпуса и крышки чувствительного элемента прибора КНЧ-1М, в зависимости от модификаций, покрыта пентапластом или фторопластом.

Штанга 7 (рис. 46) выполнена из нержавеющей стали. К одному концу штанги приварена насадка 8 с резьбой для присоединения чувствительного элемента, здесь же приварен тонкостенный колпа­чок 9 из нержавеющей стали, в который помещен терморезистор. Другой конец штанги приварен к клеммнику. Герметичность соедине­ния чувствительного элемента и штанги достигается с помощью фторопластовой прокладки 10.

Методика расчета схемы термокомпенсации


Методика предусматривает определение основных параметров термо - компенсирующей цепи бесконтактных низкочастотных кондуктометрических концентратомеров в соответствии с упрощенной измерительной схемой, представленной на рис.5.

Работа схемы основана на уравновешивании магнитного потока, создаваемого в измерительном трансформаторе Т2 жидкостным конту­ром, магнитным потоком компенсационного контура. В случае неравен­ства этих магнитных потоков в обмотке n3 измерительного транс­форматора Т2 возникает сигнал, который через усилитель ЭУ и ревер­сивный двигатель РД изменяет значение компенсирующего напряжения Uk компенсационного контура.

Величина магнитного потока в жидкостном контуре зависит от чис­ла витков жидкостного контура nж и Iж , протекающего в жидкости. Ток Iж зависит от напряжения питания Uпит, коэффициента прео­бразования n1/nж и сопротивления жидкостного контура Rж.


Рис.4. Общий вид датчика


Рис.5. Измерительная схема бесконтактного низкочастотного кондуктометрического концентратомера:

ТI - питающий трансформатор;

Т2 - измерительный трансформатор;

ЭУ - электронный усилитель;

РД - реверсивный двигатель
Таким образом,


где æ- проводимость жидкостного контура. Магнитные поток, соз­даваемый током Iж в измерительном трансформаторе Т2 и пропорцио­нальный намагничивающей силе Iжnж, будет уравновешиваться магнитным потоком, создаваемым током Iк компенсационного контура и пропорциональным намагничивающей силе Iкn2:

Iжnж = Iкn2
или


где rk - суммарное сопротивление компенсационного контура. При Uпит = const и для заданных n1, n2 и nж значение Uк должно однозначно определяться концентрацией раствора.

Таким образом, уравнение шкалы кондуктометра имеет вид:




(I),

Электропроводность раствора, а соответственно и сопротивление жидкостного контура Rж изменяют свое значение при изменении тем­пературы, что при неизменном напряжении питания приводит к изме­нению намагничивающей силы Iжnж. Например, с уменьшением температуры увеличивается Rж , ток уменьшается на ΔIж и намагничивающая сила уменьшится на ΔIжnж. Если величина Uк не зависит от изменения Rt (условие выполняется при R1>>Rt и R1 >> (R2 + R3) ,что обеспечивается на практике), то можно подобрать элементы компенсационного контура так, что увеличение Rt вызовет уменьшение Ik на ΔIk и соответственно уменьшит намагничивающую силу ΔIknk = ΔIжnж. При этом следящая сис­тема останется неподвижной.

Показания концентратомера, характеризуемые положением движка реохорда R3, а также напряжением Uk , не будут изменяться при изменении температуры раствора в том случае, если для любой температуры раствора в диапазоне от t1 до t2 будет оставаться постоянным отношение Rk/Rж = Rkt/Rжt.

Обозначим исходную температуру раствора t1 и возможный диапазон ее изменения

Δt = t2 - t1 , соответственно исходные значения сопротивлений Rk1 и Rж1 и их изменения ΔRk и ΔRж.

При этом условие компенасции принимает вид


или окончательно

ΔRk/Rk = ΔRж/Rж1

Зависимость сопротивления жидкости от температуры в узком ин­тервале температур может быть описана выражением

Rжt = Rж0/(1 + βt),

откуда


Соответственно сопротивление компенсационного контура опреде­ляется выражением




(2), причем Rt = Rt(t) .
При этом вид функции Rt(t) определяется типом используемого терморезистора.

Из выражения (2) получаем:


В этом случае расчетное условие температурной компенсации имеет вид




(3)

В уравнении (3) неизвестны R1 и Rш. Значения t1, t2 и β задаются условиями работы прибора и свойствами раствора. При этом считается, что температурный коэффициент электропроводности раствора β остается постоянным при температуре от t1 до t2.

Для определения R1 и Rш используем уравнение (I) при концентрации, соответствующей верхнему пределу измерения и температуре t1:




(4)

Решая совместно (2) и (4), получаем выражение для R1 :




(5)

Далее используя выражение (5), из уравнения (3) получаем выражение для Rш :



(6)
Определим значение Rkt для Cmax и t, т.е. для Rжtmin. В этом случае Uk = Ukmax и Rkt определяется формулой



Используя эту формулу, из выражения (6) определяем Rш .

Затем, подставив Rш в (2), получаем значение R1 .

Блок-схема алгоритма расчета представлена на рис.6.



Рис.6. Блок-схема алгоритма расчета
II. Приборы и оборудование для проведения работы

1. Комплект концентратомера кондуктометрического бесконтакт­ного типа КНЧ -1М-6УЗ (датчик погружного типа, переходная коробка, блок питания и регистрирующий прибор типа КСДЗ); диапазон измере­ния концентрации от 7 до 26% NaCl; предел допускаемого значе­ния основной приведенной погрешности прибора, отнесенный к конеч­ному значению шкалы, составляет 4%.

2. Магазины сопротивлений класса точности 0,05.

3. Бак для анализируемой среды с мешалкой.

4. Кондуктометр лабораторный типа КЛ-2 "Импульс". Прибор имеет шесть поддиапазонов 0-1 мСм/м; 1-10 мСм/м; 10-100 мСм/м; 0-1 См/м; 1-10 См/м; 10-150 См/м; предел основной относительной погрешности +- 0,25 %.

5. Ультра-термостат типа U -10.

Общий вид лабораторной установки представлен на рис.7.

Датчик 1 прибора КНЧ-1М-УЗ установлен на кронштейне 13 и опу­щен в бак 6 с мешалкой 8 и вентилем 11 для слива анализируемой пробы. В верхней части бака установлен электропривод 7 мешалки, подключение которого к сети осуществляется выключателем 9.

Датчик 1 через переходную коробку 10 соединен с регистрирующим прибором 2 и блоком питания 3, смонтированными на лицевой панели щита 4 (крышка блока питания на рис.7 не показана). На внеш­ней панели щита 4 установлены также магазины сопротивлений 5.
III. Задание для самостоятельной подготовки к выполнению лабораторной работы

1. Изучить принцип действия бесконтактных низкочастотных кондуктометрических концентратомеров.

2. Провести расчет термокомпенсационной цепочки кондуктометрического концентратомера по заданию преподавателя.

3. Начертить схему лабораторной установки и подготовить табл.3,4 отчета по работе.
IV. Порядок выполнения работы

Проверка основной приведенной погрешности и определение реальной градуировочной характеристики комплекта бесконтактного кондуктометрического концентратомера производится путем использования имитатора сопротивления жидкостного витка и применения водных растворов NaCl, ЭП которых измеряется с помощью лабораторного кондуктометра типа КЛ-2 "Импульс".



Общий вид лабораторной установки


Использование имитатора сопротивления

1. Снять кожух с клеммника датчика (см. рис.4) и через внутренее отверстие чувствительного элемента продеть провод сечением менее 1,5 мм2 и длиной не более 1м, и подсоединить к нему магазин сопротивлений, имитирующий сопротивление жидкостного витка.

2. К клеммам 21 и 22 клеммника датчика подключить второй магазин, имитирующий сопротивление терморезистора, и снять перемычку с клеммы 20.

3. Тумблер блока питания 3 м. рис .7) установить в положение КОНТРОЛЬ, включить прибор и прогреть его в течение 20 мин. При этом стрелка регистрирующего прибора должна выйти на показание шкалы, обозначенное "▼". Если стрелка смещена, выставить ее в это положение при помощи потенциометра НУЛЬ регистрирующего прибора.

4. Выставить на магазине сопротивления, имитирующем сопротивление терморезистора (по заданию преподавателя), значение сопротивления при градуировочной температуре приведенные в табл.1.

Таблица 1


Температура раствора, °С

0

15

30

Сопротивление терморезистора, Ом

109.86

66.32

41,37


5. Вычислить значения сопротивлении жидкостного витка, соот­ветствующие концентрациям 20,50 и 80% диапазона измерения при градуировочной температуре по формуле R = К/χ0 где R - значение сопротивления жидкостного витка, Ом; К = 51 К - электролитическая постоянная датчика, м-1; χ0 - значение удельной ЭП анализируемого раствора, соответствующее 20, 50 и 80% диапазона измерения, приведенные в табл.2, См/м.

6. Установить тумблер блока питания в положение ВКЛ, выставите на магазине сопротивлений, имитирующем сопротивление жидкостного витка, поочередно вычисленные значения сопротивления R.

Таблица 2


%

шкалы


Концентрация анализируемого раствора,

%

Удельная ЭП анализируемого раствора в См/м при температурах


0°С

+15°С

+30°С

0

7

5,7

8,5

11,35

20

11

8,6

12,6

16,7

50

17

11,5

17,0

22,6

80

22

12,9

19,45

26,0

100

26

13,52

20,55

27,6


7. Определить значения основной погрешности, приведенной к конечному значению шкалы прибора, при прямом и обратном ходе, занести эти результаты в табл.3 отчета по работе и сделать вывод о работоспособности прибора.

Использование растворов


1. Залить в бак 6 (см. рис.6) анализируемый раствор с концен­трацией NaCl , соответствующей нижнему пределу измерения (см. табл.2), и включить тумблером 9 электропривод мешалки. Включить прибор и прогреть его в течение 20 мин. Провести отсчет показаний по шкале региcтрирующего прибора и занести это значение в табл. 4 отчета по работе.

2. Выключить электропривод мешалки и отобрать из бака пробу анализируемого вещества объемом 500 см3, открыв вентиль 11.

3. Включить лабораторный кондуктометр KЛ-2 "Импульс", нажав кнопку СЕТЬ, и прогреть прибор в течение 15 мин. Промыть измери­тельную ячейку лабораторного кондуктометра анализируемой жид­костью не менее трех раз.

4. Залить анализируемую пробу в ячейку и поместить в термо­стат, который должен быть предварительно включен и отрегулирован для поддержания заданной температуры. После выдерживания измери­тельной ячейки лабораторного кондуктометра в термостате в течение 15 мин нажать кнопку ИЗМЕРЕНИЕ.

5. Нажать кнопку "1-10 См/м" переключателя выбора поддиапазона измерения лабораторного кондуктометра. Если показания выходят за пределы выбранного поддиапазона измерения, необходимо нажать кнопку "10-150 См/м" или "0,1-1 См/м", соответственно.

6. Отсчет показаний по цифровому индикатору лабораторного кон­дуктометра произвести после достижения термического равновесия между термостатирующей жидкостью и анализируемой пробой в измери­тельной ячейке. Показателем термического равновесия является по­стоянство показаний прибора в течение 1 мин и более.

7. Для исключения влияния возможной разницы в составе пробы провести операции по пунктам 4 - 6 не менее семи раз и результат измерения удельной ЭП определить как среднее арифметическое по последним пяти измерениям.

8. Провести операции по пунктам 1-7 для водных растворов NaCl с концентрацией в соответствии с табл.2. Результаты всех измерений занести в табл.4 отчета по работе.

9. Определить значение основной приведенной погрешности в за­данных точках шкалы КНЧ-1М, построить график его градуировочной характеристики в сделать вывод о работоспособности прибора.

V. Отчет по работе


Отчет по работе должен содержать схему лабораторной установки (рис.7), программу и результаты расчета основных параметров цепи термокомпенсации, график градуировочной характеристики промышлен­ного прибора, таблицы экспериментальных и расчетных данных, выпол­ненные по следующей форме:

Таблица 3


%

шкалы

Концентрация анализируемого раствора,

%

R,

Ом

Показания

КНЧ-1М,

%

Абсолют­ная пог­решность,

%

Приведен­ная погрешность,

%

20

11













50

17













80

22














Таблица 4




п/п

Характеристики анализируемой среды

Показания прибора КНЧ-1М,

%

Абсолютная погрешность,

%

Приведенная погрешность,

%

Концен­трация, %

Удельная ЭЦ , См/м

1

2

3

4

5

















Контрольные вопросы


1. В чем заключается принцип действия бесконтактных низкочас­тотных кондуктометрических концентратомеров?

2. При выполнении каких условий возможна термокомпенсация в приборах рассматриваемого типа?

3. Каков порядок расчета цепи термокомпенсации?

Литература

1. Кулаков М.В. Технологические изменения и приборы для химических производств. М.: Машиностроение, 1983. 424 с.

2. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков B.C. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984. 230 с.
Общие указания по технике безопасности

Лица, впервые приступающие к выполнению лабораторной работы, должны пройти инструктаж по технике безопасности при работе с электроустановками. Инструктаж проводит ведущий лабораторией.

Включение и выключение аппаратуры лабораторной установки дол­жно производиться только под контролем преподавателя или персонала лаборатории.




написать администратору сайта